CTIF Étude et réalisation d'une pince de robot de forge en fabrication additive Pince Camille OLLIVIER, CTIF

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1 CTIF Étude et réalisation d'une pince de robot de forge en fabrication additive Pince Camille OLLIVIER, CTIF

2 2 mots sur le CTIF Etude & réalisation de la pince LETo 2 ATC X Altair Juin 2016

3 Qui sommes nous Centre Technique Industriel de référence en fonderie, matériaux et produits métalliques Notre mission Promouvoir l'innovation et aider au développement technique de notre industrie en développant des projets de R&D et des prestations privées Nos métiers Conseil & Ingénierie Essais de laboratoire Formation 3 ATC X Altair Juin 2016

4 Plus de 15 ans PROMAPAL Et plus récemment Nos axes de développement en FA Métallique : Etude et caractérisation des matériaux Conception-Calcul Optimisation Produit-Process Formation 4 ATC X Altair Juin 2016

5 Pince 5 ATC X Altair Juin 2016

6 Client Partenaire Objet du développement Pince de robot transportant des lopins métalliques à haute température dans un laminoir T C des lopins C Masse d un lopin Temps de cycle Délais d appro. 7kg 18 sec 15 sem. Faible durée de vie, au moins 1 casse par an, maintenabilité difficile (approvisionnement des pièces) 6 ATC X Altair Juin 2016

7 Phase 1: Démonstrateur Objectif : Valider les choix technologiques Actions: Intégration de fonctions Optimisation de la géométrie Réduction de la masse Réduction du coût (part matière) Fond de pince Phase 2 : Prototype Objectif : Valider la conception et le dimensionnement Actions: Optimisation de la conception Validation par essais Garnitures 7 ATC X Altair Juin 2016

8 La matière Besoin : Tenue mécanique à HT (> 400 C) : E, Re, Rm, A%, dureté Bonne conductivité thermique Faible dilatation thermique Choix : INCONEL 718 Le procédé Fonderie cire perdue Fabrication additive Faisabilité Difficile Adapté Outillage Modèle + noyau céramique Prix pince (2/an) Délais (semaine) ATC X Altair Juin 2016

9 Cyclage thermique Optimisation topologique Reconception Fabrication Calcul mécanique 9 ATC X Altair Juin 2016

10 Cyclage thermique ProCAST avec prise en compte du lopin et du circuit de refroidissement Atteinte du régime stationnaire Cartographies T C pour calcul optimisation topologique et calcul de validation Convection air ambiant surfaces extérieures pince (h = 10 W/(m².K) et T = 30 C) Température imposée sur faces butées et garnitures (T = 800 C) Convection et rayonnement dû au lopin surfaces intérieures pince (h = 10 W/(m².K), ε = 0,8 et T = 800 C ou 30 C si présence ou non du lopin) T ( C) t (s) 10 ATC X Altair Juin 2016

11 Définition de l espace de conception et CL calcul INSPIRE Surfaces fonctionnelles et encombrement Chargements thermomécaniques Épaisseurs mini Critères de calcul : maximiser la raideur, objectif de masse, taille de mailles, nombre d'itérations, paramètres de convergence, 11 ATC X Altair Juin 2016

12 Reconception en CAO de la pince avec prise en compte du procédé Reconception à partir du modèle optimisé Contraintes liées au procédé (fusion laser sur lit de poudre) Suppression des trous pour éviter les supports dérangeants Surface évolutive Création de deux pentes afin d orienter les supports et ne pas intersecter avec la surface du dessous Création d une ellipse pour Création d un Ajout de matière pour avoir une surface évolutive chanfrein pour augmenter la pente afin de et orientation dans le sens réduire la surface où réduire la quantité de support de fabrication les supports seront fabriqués 12 ATC X Altair Juin 2016

13 Validation par calcul et conception de détail Prise en compte circuit de refroidissement air Calcul thermomécaniques 13 ATC X Altair Juin 2016

14 Fabrication de la pince par fusion laser Réalisation sur machine EOS M290 Finition, usinage, assemblage 14 ATC X Altair Juin 2016

15 Démonstrateur Coûts de fonctionnement sur 6 mois Postes Actuel FA Pince + Bagues Garnitures (x4) Fond de pince (x2) 256 Maintenance 350 Arrêt prod. 150 Total 6 mois Gain / existant 10 % Prototype Coût total de la pince en FA sur 1 an Durée de vie 6 mois 1an Pinces + Bagues Garnitures (x4) Maintenance 350 Arrêt prod. 150 Total annuel Gain / existant 10 % 50 % 15 ATC X Altair Juin 2016

16 Fonctionnement de la pince sur le laminoir Essais en condition de production Mesures thermiques pour recalage des modèles de simulation 16 ATC X Altair Juin 2016

17 Nous sommes là Phase 1 : démonstrateur Phase 2 : prototype Phase 3 : mise en production Fixer les choix technologiques : Matière Design Coûts Confirmer la conception, le dimensionnement. Mettre en place le flux avec le client. Convaincre les utilisateurs 17 ATC X Altair Juin 2016

18 Développement de la conception topologique pour une application fonderie CTIF

19 Objectifs et enjeux L objectif est d améliorer le design initial du client issue d optimisation topologique afin de diminuer les problèmes de santé métallurgique tout en conservant des performances mécaniques identiques. Travaux réalisés Design initial Design final Résultats Finalement, à iso masse le design final rend la pièce plus facile à produire tout en conservant la tenue mécanique. 19 ATC X Altair Juin 2016

20 MERCI DE VOTRE ATTENTION 20 ATC X Altair Juin 2016